以臺達(dá)變頻器在空壓機(jī)上的節(jié)能改造應(yīng)用為案例進(jìn)行說明。
空氣壓縮機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的許多部門中應(yīng)用極廣，特別是在紡織、化工、動力等工業(yè)領(lǐng)域中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，是許多工業(yè)部門工藝流程中的核心設(shè)備。提供自動化生產(chǎn)所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產(chǎn)流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會影響產(chǎn)品品質(zhì)。隨著變頻技術(shù)的成熟,變頻器在電氣傳動領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機(jī)保護(hù)功能以及其特有的優(yōu)點(diǎn)是目前在工控領(lǐng)域其它無可比擬的。以下空壓機(jī)為例說明變頻器如何達(dá)到節(jié)能的目的。
一、螺桿式空壓機(jī)的工作原理
螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個(gè)過程。當(dāng)螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時(shí)，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進(jìn)氣口吸入，同時(shí)也吸入機(jī)油，由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當(dāng)齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時(shí)，較高壓力的油氣混合氣體排出機(jī)體。
二、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成及空壓機(jī)控制原理
壓縮氣供氣系統(tǒng)組成：
工廠空氣壓縮氣供氣系統(tǒng)一般由空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設(shè)備組成。
空氣壓縮機(jī)的控制原理：
在工廠的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中， 普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行。空壓機(jī)啟動時(shí)，加載閥處于不工作態(tài)，加載氣缸不動作，空壓機(jī)頭進(jìn)氣口關(guān)閉，電機(jī)空載啟動。當(dāng)空氣壓縮機(jī)啟動運(yùn)行后， 如果后端設(shè)備用氣量較大， 儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達(dá)到壓力上限值，則控制器動作加載閥，打開進(jìn)氣口，電機(jī)負(fù)載運(yùn)行，不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設(shè)備停止用氣，后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當(dāng)達(dá)到壓力上限設(shè)定值時(shí)，壓力控制器發(fā)出卸載信號，加載閥停止工作，進(jìn)氣口關(guān)閉，電機(jī)空載運(yùn)行。
三、螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造
空壓機(jī)工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的比較：
空壓機(jī)電機(jī)功率一般較大，啟動方式多采用空載（卸載）星-三角啟動，加載和卸載方式都為瞬時(shí)。這使得空壓機(jī)在啟動時(shí)會有較大的啟動電流，加載和卸載時(shí)對設(shè)備機(jī)械沖擊較大；不光引起電源電壓波動，也會使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動；同時(shí)這種運(yùn)行方式還會加速設(shè)備的磨損，降低設(shè)備的使用年限。由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動電機(jī)本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機(jī)不允許頻繁啟動，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。
對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起軟停，減小啟動沖擊，延長設(shè)備使用年限；同時(shí)由于電機(jī)運(yùn)行頻率可變，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)根據(jù)用氣量的大小自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了電機(jī)頻繁的加載和卸載，從而較大幅度減小電動機(jī)的運(yùn)行功率，使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定，便可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
四、變頻改造方案設(shè)計(jì)原則
根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機(jī)變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：·電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路。根據(jù)空壓機(jī)的工況要求，系統(tǒng)應(yīng)保障電動機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性一。為了防止非正弦波干擾空壓機(jī)控制器，變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。
·在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過允許的范圍。生產(chǎn)工藝要求，變頻改造后，適當(dāng)降低壓縮氣供氣系統(tǒng)的供氣壓力，將原來的高壓變流量供氣改變?yōu)樽冾l恒壓變流量供氣方式。
五、變頻器的選型
根據(jù)上述原則，選擇臺達(dá)的VFD-F系列風(fēng)機(jī)水泵專用型變頻器，裝有工變頻切換裝置，只需加一只壓力變送器即可組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的氣壓信號直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定可以使用變頻器的鍵盤設(shè)定，使該系統(tǒng)能夠滿足上述工況要求。
VFD-F系列風(fēng)機(jī)水泵專用型變頻器特點(diǎn)：
▲ 輸出頻率0.1-120Hz
▲ 可設(shè)定的V/F曲線
▲ 16段可預(yù)設(shè)速度與15段可程序運(yùn)行
▲ 內(nèi)置PID回授控制
▲ 時(shí)間/定量循環(huán)控制，輪泵功能
▲ 內(nèi)置 Modbus (RS-485波特率可達(dá)38400bps)
▲ 支持通訊模塊：DN-02、LN-01、PD-01
多樣的變頻器運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示，對控制信號和負(fù)載運(yùn)行狀況一目了然。在進(jìn)行變頻改造時(shí)我們將盡量保持原有設(shè)備主電路和控制電路的完整性，對其電路不作改動；這有利于在變頻器發(fā)生故障或是檢修時(shí)，空壓機(jī)可以很方便地改動回到原有的控制方式上去，這保證了空壓機(jī)在變頻和工頻狀態(tài)下都可以運(yùn)行。
